某皮卡FEAD拍擊異響試驗(yàn)

曹明柱，王金立，孫邦江，呂 勤

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

1 故障測(cè)試

某皮卡整車開(kāi)發(fā)時(shí)，帶擋加速過(guò)程有非常明顯的轟鳴、不連續(xù)的拍擊噪聲，且變速箱擋位越 高該異響聲音越明顯，持續(xù)時(shí)間也越長(zhǎng)。根據(jù)故障現(xiàn)象反饋，測(cè)試調(diào)查了整車在3、4、5擋全油門(mén)加速時(shí)車內(nèi)噪聲情況，其中主駕右噪聲存在明顯異常，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1 500 r/min～2 200 r/min 轉(zhuǎn)速區(qū)間，主駕右聲壓級(jí)突然增大3 dB～5 dB，出現(xiàn)嗡嗡聲響，開(kāi)空調(diào)時(shí)異響更明顯。分析3擋加速主駕右耳噪聲頻譜，異常頻段為500 Hz～600 Hz，同時(shí)空調(diào)壓縮機(jī)支架的振動(dòng)較為強(qiáng)烈，空壓機(jī)殼體的振動(dòng)頻譜與駕右噪聲頻譜表現(xiàn)基本同步，如圖1所示。

圖1 異響車輛車內(nèi)噪聲數(shù)據(jù)

與競(jìng)品皮卡車對(duì)比發(fā)現(xiàn)，3擋全油門(mén)加速時(shí)主駕右噪聲比競(jìng)品大1 dB～5 dB，空擋駐車加速時(shí)，主駕右噪聲較競(jìng)品大1 dB～4 dB，競(jìng)品車輛加速?zèng)]有明顯的異響，如圖2所示。

圖2 競(jìng)品車內(nèi)噪聲數(shù)據(jù)對(duì)比

2 異響調(diào)查

2.1 異響源確定

故障車輛在消聲轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)復(fù)現(xiàn)異響，并使用聲學(xué)相機(jī)拍照定位，確定異響來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系中減振皮帶輪到空調(diào)壓縮機(jī)段皮帶股，如圖3所示。通過(guò)高速攝像機(jī)捕捉該皮帶股振動(dòng)，異響發(fā)生時(shí)，曲軸減振器皮帶輪-空調(diào)壓縮機(jī)段皮帶股抖動(dòng)明顯異常且幅值過(guò)大，該段皮帶股不僅上下橫向跳動(dòng)較大，還有嚴(yán)重的左右扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，且張緊器擺幅較大；故障消失時(shí)，皮帶股抖動(dòng)和張緊器擺幅隨之正常。因此，初步確定異響是該段皮帶股拍擊兩端帶輪產(chǎn)生的。發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系皮帶采用V型多楔帶，多楔帶主要靠摩擦傳遞動(dòng)力，各帶輪之間的皮帶股的振動(dòng)模態(tài)近似于弦振動(dòng)，因此，其正常工作時(shí)存在輕微的拍擊空氣噪聲。

圖3 附件驅(qū)動(dòng)聲源定位

聯(lián)合前端輪系供應(yīng)商進(jìn)行了輪系性能測(cè)試，檢測(cè)異響發(fā)生時(shí)皮帶的振幅是否超標(biāo)，其中重點(diǎn)測(cè)試了空壓機(jī)皮帶輪到曲軸減振皮帶輪之間的皮帶股振動(dòng)幅值。附件空載時(shí)，故障車輛的張緊器擺幅最大值為3.5 deg，較正常車輛為2.3 deg，增加了52%；附件滿載時(shí)，故障車輛的張緊器擺幅為4.5 deg，正常車輛為2.9 deg，增加了55%。附件空載時(shí)，故障車輛皮帶股振動(dòng)幅值為27 mm，正常車輛為18 mm，增加了50%；附件滿載時(shí)，故障車輛皮帶股振動(dòng)幅值為45 mm，正常車輛為22 mm，增加了104%。整體看，故障車輛的附件驅(qū)動(dòng)皮帶的張緊器擺幅較正常值增加了50%，空調(diào)壓縮機(jī)皮帶輪到曲軸減振皮帶輪之間的皮帶股振動(dòng)較正產(chǎn)系統(tǒng)增加了50%到100%，且皮帶股抖動(dòng)較大時(shí)主駕右噪聲明顯突起，具體數(shù)值如表1所示。

表1 前端附件張緊器及皮帶振幅統(tǒng)計(jì)

皮帶股的振動(dòng)類似弦振動(dòng)。需要明確的是，本次供應(yīng)商對(duì)皮帶股振幅測(cè)試使用的單點(diǎn)光三角反射式傳感器，無(wú)法獲取某一瞬時(shí)的皮帶股整體振型。皮帶股在不同轉(zhuǎn)速、不同時(shí)段各點(diǎn)振幅有較大的區(qū)別。如果皮帶股只存在一個(gè)1/2波形，則其最大振幅在中間處，如果是2/2或以上個(gè)半波形，則最大振幅在1/4處等。此外，皮帶左右翻轉(zhuǎn)位移不易測(cè)量，故皮帶振幅只能反映固定位置的綜合位移，主要是皮帶股的橫向振動(dòng)位移。但實(shí)際上對(duì)皮帶拍擊噪聲影響較大的是左右翻轉(zhuǎn)的扭曲位移。

綜合整車噪聲振動(dòng)測(cè)試、聲源定位以及前端附件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)，可判斷故障車輛的異響發(fā)生于空調(diào)壓縮機(jī)皮帶路到曲軸減振皮帶輪之間的皮帶股異常振動(dòng)，拍擊兩端帶輪造成明顯的拍擊噪聲。

2.2 異響噪聲控制

從噪聲源和傳遞路徑兩個(gè)方面，識(shí)別9項(xiàng)改進(jìn)方案，綜合考慮改進(jìn)的成本和周期，確定可能的驗(yàn)證措施如下：

（1）噪聲源控制。參照其他皮帶發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系布置方案，將曲軸由4平衡塊更換為8平衡塊。曲軸單體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增加60%，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增加9.7%，降低曲軸系統(tǒng)的扭振，從而降低皮帶的抖動(dòng)噪聲。

（2）傳遞路徑控制。主要方案是提高空壓機(jī)支架的模態(tài)頻率，降低共振被油底殼放大，通過(guò)加強(qiáng)空壓機(jī)支架，主駕右的噪聲有較為明顯的改善和降低。

確定設(shè)計(jì)優(yōu)化項(xiàng)包括：①發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲大，主要是于機(jī)械噪聲大，其中空壓機(jī)支架的共振及其被油底殼放大是主要原因。因此，重點(diǎn)改進(jìn)的方案為提高空壓機(jī)支架的一階模態(tài)頻率。②空調(diào)管路隔振優(yōu)化，可有效降低空調(diào)振動(dòng)傳遞到車內(nèi)。③發(fā)動(dòng)機(jī)的前端和上方存在較大的嘈雜聲，通過(guò)增加聲學(xué)包，聲品質(zhì)得到了比較明顯的改善。④整車前圍鈑金厚度增加，優(yōu)化內(nèi)外側(cè)聲學(xué)包的完整性。

3 優(yōu)化效果驗(yàn)證

3.1 聲學(xué)包驗(yàn)證

發(fā)動(dòng)機(jī)二級(jí)正時(shí)蓋板存在1 260 Hz～1 380 Hz的共振帶，一級(jí)蓋板存在1 780 Hz～1 950 Hz的共振帶，正時(shí)階次噪聲較突出。通過(guò)增加正時(shí)蓋板聲學(xué)包后，怠速前方噪聲改善2 dB，小負(fù)荷加速改善0.5 dB～4 dB。此外，上方的缸蓋護(hù)罩及噴油器噪聲也會(huì)直接傳遞到車內(nèi)，參照競(jìng)品車，也增加了聲學(xué)包，怠速上方噪聲改善約0.5 dB，小負(fù)荷加速改善0 dB～1.5 dB，如圖4所示。發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)蓋板增加聲學(xué)包能有效提升發(fā)動(dòng)機(jī)的聲品質(zhì)水平，但不能降低附件皮帶異常拍擊噪聲，因此，該設(shè)計(jì)方案不具有針對(duì)性。

圖4 前端正時(shí)蓋板聲學(xué)包對(duì)比驗(yàn)證

3.2 整車隔聲/隔振

前圍鈑金及聲學(xué)包是駕駛艙和發(fā)動(dòng)機(jī)艙的交接面，對(duì)駕駛艙內(nèi)聲學(xué)有重要的影響。參照競(jìng)品整車設(shè)計(jì)，外前圍下部及變速箱上部做手工聲學(xué)包。測(cè)試結(jié)果：怠速工況下前排噪聲平均降低 0.5 dB～0.7 dB，加速工況前排噪聲平均降低0.5 dB～2 dB，如圖5所示。

圖5 整車前圍隔聲優(yōu)化對(duì)比驗(yàn)證

3.3 空壓機(jī)系統(tǒng)

發(fā)動(dòng)機(jī)附件中空壓機(jī)、助力轉(zhuǎn)向泵、懸置支架等整車剛性連接的部件，極易將整機(jī)或附件的振動(dòng)傳遞到車身，導(dǎo)致整車振動(dòng)噪聲問(wèn)題。改變空壓機(jī)支架的安裝點(diǎn)，避免空調(diào)支架懸空：原始空壓機(jī)四個(gè)安裝點(diǎn)距離太小，抗翻轉(zhuǎn)性能較弱，取消原始左下安裝點(diǎn)，增加兩個(gè)安裝點(diǎn)，且新的安裝點(diǎn)距離位于支架邊緣處，提高了整體安裝的抗翻轉(zhuǎn)性能；同時(shí)增加曲軸箱加強(qiáng)板，提高空壓機(jī)支架的安裝剛度，圖6(a)為改進(jìn)前，缸體和油底殼各2個(gè)安裝孔，圖6(b)為改進(jìn)后，缸體2個(gè)安裝孔，油底殼3個(gè)安裝孔。使用仿真軟件計(jì)算空壓機(jī)支架模態(tài)，原始空壓機(jī)支架一階模態(tài)為237 Hz，優(yōu)化后的空壓機(jī)支架一階模態(tài)提高到335 Hz（設(shè)計(jì)要求≥300 Hz），滿足了設(shè)計(jì)要求，并優(yōu)于競(jìng)品空壓機(jī)支架，如圖6(c)所示。分別計(jì)算了鑄鋼、鑄鐵兩種材料的空壓機(jī)支架，對(duì)空壓機(jī)支架模態(tài)影響不大，但鑄鋼材料的支架可以提高產(chǎn)品的抗疲勞性能。

圖6 空壓機(jī)模態(tài)提升方案

3.4 其他優(yōu)化措施

確定實(shí)施的優(yōu)化措施包括（1）參照競(jìng)品車設(shè)計(jì)，前圍鈑金厚度由0.8 mm增加到1 mm，車內(nèi)前圍用雙組份棉全覆蓋；（2）發(fā)艙外前圍下部及變速箱上部做聲學(xué)包覆蓋，主要降低發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱噪聲；（3）提高動(dòng)力總成后懸置隔振率，降低動(dòng)力總成對(duì)懸置支架的振動(dòng)激勵(lì)，后懸置軟墊由26 mm增加到39 mm（競(jìng)品車為56 mm），厚度提高50%；（4）空調(diào)支撐系統(tǒng)強(qiáng)度提升，管路隔振優(yōu)化。

4 效果驗(yàn)證

實(shí)施上述措施后，進(jìn)行整車測(cè)試和主觀評(píng)價(jià)。4擋全油門(mén)，車內(nèi)駕右聲壓級(jí)和線性度改善都非常明顯。車內(nèi)噪聲大小在共振轉(zhuǎn)速點(diǎn)降低了5 dB～10 dB，其余轉(zhuǎn)速點(diǎn)均有1 dB～3 dB的降低。整體而言，除1 400 r/min以外，其余轉(zhuǎn)速接與競(jìng)品車輛相當(dāng)。車內(nèi)駕右頻譜200 Hz、500 Hz的共振帶改善非常明顯，1 900 r/min時(shí)還存在嗡鳴聲，處于可接受水平，如圖7所示。其余擋位加速改善均類似，車內(nèi)共振聲降低明顯。

圖7 四擋全油門(mén)加速聲壓級(jí)對(duì)比

5 結(jié)論

通過(guò)實(shí)施一系列整改優(yōu)化措施，提高空壓機(jī) 支架的約束模態(tài)頻率降低了輪系拍擊振幅，從而解決了整車加速過(guò)程中的皮帶拍擊異響。同步實(shí)施了發(fā)動(dòng)機(jī)聲學(xué)包方案，提高空調(diào)隔振水平，并提升前圍板隔聲量，使整車車內(nèi)聲品質(zhì)水平提高。

為有效控制前端輪系拍擊噪聲，建議控制如下參數(shù)：（1）皮帶股振幅最大值不超過(guò)25 mm，重點(diǎn)獲取發(fā)電機(jī)、空壓機(jī)帶輪緊邊處皮帶股橫向振幅；（2）空壓機(jī)支架模態(tài)頻率不低于300 Hz，并關(guān)注安裝點(diǎn)的動(dòng)剛度和螺栓的布置設(shè)計(jì)，降低空壓機(jī)整體的振動(dòng)幅值；（3）空調(diào)管路的隔振率不低于20 dB，尤其是前圍板處冷凝器的減振水平控制。

本次調(diào)查未能對(duì)使用的多楔帶進(jìn)行驗(yàn)證，理論來(lái)說(shuō)多楔帶的抗拉剛度、張力等均會(huì)影響皮帶的振動(dòng)，后續(xù)在其他機(jī)型上進(jìn)行驗(yàn)證調(diào)查。